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操作控制台加速度工况的强度分析

人气: 分类:行业新闻 发表时间:2019-03-07 手机阅读

一般控制台机架构成按功能划分,由上框架、中框架、下框架和操作台四部分构成。

  
  操作控制台(以下简称控制台)作为操作人员的处事席位,其上安装的大屏幕显示器是首要的人机交互界面,传感器系统发现的信息和处理指令均经由过程在大屏幕显示器上由操作人员节制。为保护控制台操作员视觉上的节制要求,控制台与安装布局刚性毗连。控制台安装的设备首要有加固显示器、加固计算机、加固键盘、氧气救生设备、通信设备和系统交联的线缆等。
  
  1/1材料参数
  
  控制台的布局重量有严厉的限制,铝合金材料成为布局设计师的优选。今朝,大多数的控制台都采用铝合金材料作为控制台机架的主题材料,经由过程钣金折弯焊接成形的布局设计方案实现。
  
  1/2环境前提
  
  控制台振动试验功率谱密度,冲击值和加速值,与实装不异固定体例和环境前提。
  
  2、控制台有限元阐发
  
  本文所做的有限元阐发采用被国际工程范畴承认的大型有限元阐发软件ANSYS10.0。该软件广泛用于机械制造、石油化工、造船、航空航天、汽车交通、电子、水利、铁道等浩瀚范畴。
  
  2/1有限元模型的成立及网格划分
  
  控制台的布局比拟复杂,需要对模型进行简化,如许可以加速计较速度、提高精度。机架采用铝型材折弯焊接而成的钣金布局,为更好的模仿实际布局,采用4节点壳单位shell63,用壳单位来描述其力学个性为合理,壳单位囊括了布局单位中央面上的平面刚度、弯曲刚度及曲率效应,且壳单位有效高的计较精度,同时控制台大部分平面的长宽与厚度的比值相差十倍以上。在考虑主机、键盘和显示器对控制台机架的影响时,按实际几何形势建模,采用8节点体单位solid45来取代实际设备质量。成立模型过程中先后生成点、线、面、体,在螺栓毗连处采用耦合自由度的方式约束,在焊接部分要求有公共点和线。整个建模过程采用APDL参数化说话实现,将控制台的尺寸参数化,囊括施加的载荷,如许可以利便的更改各类尺寸和载荷,提高计较功夫和阐发效率。用ANSYS软件成立的有限元模型。
  
  2/2模态阐发
  
  模态阐发是用来确定布局振动个性的一种手艺,也是掌握布局动态特征的好方式。它囊括固有频率和振型,固有频率和振型是布局设计中的主要参数。
  
  2/2/1理论根蒂根基
  
  控制台整个布局的振动方程为:
  
  Mq + Cq + Kq = f
  
  (1)式中,M为质量矩阵;C为阻尼矩阵;K为刚度矩阵;q分别为加速度、速度和位移矢量;f为载荷矢量。
  
  模态阐发,即求解布局的固有频率和振型,假定控制台是布局自由且无阻尼的系统,其振型方程为:
  
  Mq + Kq = 0
  
  (2)对简谐振动,此中,节点位移q的节点振幅布阵(或称模态振型);频率与功夫。
  
  (3)按自由振动理论,n阶自由度系统的自由振动方程式应有n个固有频率,并且可以由频率进行列式决议。、
  
  由式(4)可求得系统的各阶固有频率,再把代入式(3)即可求出特征向量(模态振型)。
  
  2/2/2有限元模态阐发
  
  对控制台模型进行模态阐发,得到前8阶固有频率。
  
  前阶振型,1阶振型展现为整个控制台前后标的目的上的弯曲振动;2阶振型展现为整个控制台摆布方向上的弯曲振动;3阶振型展现为整个控制台上下标的目的上的改变振动;4阶振型展现为完全布局前后摆动,下部电子设备摆动标的目的与完全摆动标的目的相反。其他4阶都是两次弯曲振型,内部电子设备带动机架有摆布或上下的摆动。从频率值大小及振动样式可鉴定控制台具有较高的完全刚度,其刚度储蓄足够,散布合理。
  
  2/3 控制台9g加速度工况的强度阐发
  
  加速度是描述振动环境强度的根基量,9g向前加速载荷情景是布局安定的极限工况,控制台是依照9g加速度惯性载荷设计的。即使此工况。设备的向前加速度标的目的。凭据真实的约束条件,控制台在底部六个安装点的位置约束其平动自由度,为了避免应力集中,每个螺栓对应的位置与4个节点约束位移,再对整个控制台的变形云图。从图中可以看出,由于底部的约束,整个控制台的大变形仅9.261mm,且发生在控制台的顶部。为更好地反映控制台的强度,给出控制台单位平均应力云图。从图中可知控制台与地面接触的螺栓位置是整个控制台应力比拟集中的位置,此中大等效应力值为103Mpa,这个值未达到铝型材的降服极限,是以强度知足要求,且强度储蓄具有必然的裕量。
  
  2/4控制台12g加速度工况的强度阐发
  
  12g向前加速度载荷情景是环境前提中严格的工况,颠末计较得到整个控制台的变形云图。从图中可知,整个控制台的大变形发生在顶部,数值是12.349mm。控制台单位平均应力云图,从图中可知控制台内部大等效应力值为137Mpa,虽已接近铝型材的降服极限,但远未达到材料的强度极限,是以材料也是知足要求的,大等效应力值发生在与地板相连的螺栓位置邻近,由于螺栓采用的材料是30CrMnSiA,它的强度远远大于铝型材的强度,是以工况强度知足要求。
  
  2/5  9g12g加速阐发成果比拟
  
  将9g12g加速度有限元阐发成果进行比较,两种工况阐发前提不异(除施加的加速值没有同),得出的结论中变形和应力的大值发生位置不异。
  
  经由过程比较得出控制台在以9g加速度作为设计输入时,发生的大等效应力13Mpa,强度尚有必然的裕量,以12g加速度作为极限状况进行阐发时,发生的大等效应力已接近材料的降服极限。是以控制台在知足极限状况加速度的工况下,布局安全性也是知足要求的。
  
  3、试验验证
  
  3/1 振动冲击试验
  
  凭据1.2中环境前提要求,将控制台按实装状况经由过程夹具安装到振动冲击试验台上,夹具要尽可能刚性对称,电子设备处于处事状况。振动试验时在控制台顶部采集的输出功率谱密度,与输入比拟放大没有较着。振动冲击试验后外观无损伤、布局无松动,证明控制台抗冲振本领强,强度合适要求,与阐发成果一致,验证强度阐发成果合理。
  
  3/2加速度试验
  
  试验前提选择严格的坠撞安定前提,Y标的目的施加12g的加速度冲击和静力试验各一次。试验要求加速度12g的作用功夫是180ms,静力试验值是12g加速度作用在节制台上力的计较值,作用功夫3s。试验后进行外观和机械性能查抄,无毗连松动,无外观变形及裂痕(囊括焊接裂痕)、无机械损伤。证明控制台刚度知足要求,与有限元阐发结论不异,验证模态阐发结论合理。
  
  结语
  
  模型是参照某大型信息系统的控制台成立的,电子设备参照实装设备重量及形状尺寸,对控制台进行强度、模态和布局个性阐发,得出结论。
  
  1、在环境前提下,控制台布局合适指标要求;
  
  2、控制台强度、刚度知足要求,布局设计合理、有效;
  
  3、模型的简化过程中忽略一些布局细节(如电子设备内部构造),只考虑电子设备完全对控制台的影响。由于采用什物进行的试验结论比经由过程简化模型阐发的结论要强,证明这些简化是合理有效的。
  
  文中采用ANSYS模仿实际工况对操作控制台进行阐发,得出了结论,经由过程产物环境试验验证有限元阐发方式合理、靠得住。经由过程产物环境试验验证有限元阐发方式合理、靠得住。经由过程有限元阐发出刚度和强度亏弱的处所,增强布局设计知足刚刚强度要求;同时提高设计效率,缩短研发周期;在设计筹谋阶段可以为设计、改良设计及布局的优化供给一种方式;也为今后产物的布局设计供给参考。